CN105314680A

CN105314680A - 纳米铬酸镧的制备方法

Info

Publication number: CN105314680A
Application number: CN201410714316.7A
Authority: CN
Inventors: 马文; 任轶; 金喜龙; 邢书沛; 李晓英; 董红英
Original assignee: Inner Mongolia University of Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Technology
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明公开了一种纳米铬酸镧的制备方法，其包括以下步骤：以硝酸镧和硝酸铬为原料，按1∶1的摩尔比混合，加入去离子水配制成硝酸盐混合溶液；将所述硝酸盐混合溶液滴加到适量的氨水溶液中，形成悬浊液；将所述悬浊液抽滤，形成滤饼；所述滤饼经干燥、煅烧后，获得铬酸镧粉末；将所述铬酸镧粉末置于放电等离子体烧结炉中进行烧结处理，获得纳米铬酸镧。本发明提供的纳米铬酸镧的制备方法制得的纳米铬酸镧晶粒尺寸大小在20～50nm之间，相纯度高，而且该制备方法具有合成温度低、时间短、工序简单优点。

Description

纳米铬酸镧的制备方法

技术领域

本发明属于纳米陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高温电热元件材料纳米铬酸镧的制备方法。

背景技术

铬酸镧(LaCrO₃)属于钙钛矿型(ABO₃)复合氧化物，具有熔点高、使用温度高、高温抗氧化性能好等优点。铬酸镧发热元件可以将炉温直接升到1800℃，并且不需要辅助加热设备，电阻在高温段变化率接近零，容易实现自动控温，是高温电热元件的理想材料。

目前铬酸镧的制备方法主要有固相法和共沉淀法。传统固相法的无压烧结工艺的烧结温度在1800℃左右。由于铬酸镧在1000℃以上会出现铬元素的挥发，形成微孔，导致致密度降低，所以要获得较高致密度的块体材料，必须降低其烧结温度和烧结时间。共沉淀法是以可溶性的硝酸盐为原料配制成溶液，滴加到沉淀剂中得到沉淀物，反复洗涤后烘干、研磨、煅烧。与传统固相法反应相比，煅烧温度明显降低，粉体颗粒的表面活性好，但是制得的铬酸镧晶粒较大。

放电等离子体烧结法(SPS)是制备纳米材料常用的一种方法，其具有升温速度快、烧结时间短、烧结效率高和其独特的等离子体活化和快速烧结作用等优点，能够抑制晶粒长大，较好的保持了原始颗粒的微观结构。

发明内容

本发明主要解决现有纳米铬酸镧制备方法中烧结温度高、工序复杂、制得的纳米铬酸镧晶粒尺寸较大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种纳米铬酸镧的制备方法，包括以下步骤：以硝酸镧和硝酸铬为原料，按1∶1的摩尔比混合，加入去离子水配制成硝酸盐混合溶液；将所述硝酸盐混合溶液滴加到适量的氨水溶液中，形成悬浊液；将所述悬浊液抽滤，形成滤饼；所述滤饼经干燥、煅烧后，获得铬酸镧粉末；将所述铬酸镧粉末置于放电等离子体烧结炉中进行烧结处理，获得纳米铬酸镧。

在本发明的一种较佳实施例中，所述硝酸盐混合溶液中金属离子浓度为0.05～0.7mol/L。

在本发明的一种较佳实施例中，所述氨水溶液的浓度为15wt.％，所述氨水溶液与所述硝酸盐混合溶液的体积比为2∶1。

在本发明的一种较佳实施例中，在将所述硝酸盐混合溶液滴加到适量的氨水溶液中形成悬浊液的步骤中，滴加过程中保持悬浊液pH≥10。

在本发明的一种较佳实施例中，在对所述悬浊液抽滤步骤中，包括分别用去离子水及无水乙醇洗涤多次的步骤。

在本发明的一种较佳实施例中，所述滤饼经干燥、煅烧后，得铬酸镧粉末的步骤包括：所述滤饼80～100℃干燥12～24小时，获得前驱体；所述前驱体400～500℃煅烧1～4小时，获得铬酸镧粉末。

在本发明的一种较佳实施例中，所述烧结处理的条件为：烧结电源采用直流脉冲电源，其通断比为12∶2，烧结压力40～50Mpa，升温速率100～120℃/min，烧结温度1000～1200℃，保温时间2～10min。

在本发明的一种较佳实施例中，所述纳米铬酸镧的晶粒尺寸大小为20～50nm。

相较于现有技术，本发明以价格低廉的硝酸镧和硝酸铬为原料，采用放电等离子体烧结制备纳米铬酸镧，通过该方法制得的纳米铬酸镧晶粒尺寸大小在20～50nm之间，相纯度高，而且该制备方法具有合成温度低、时间短、工序简单等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的纳米铬酸镧的XRD图谱。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的纳米铬酸镧的制备方法，具体按照以下步骤实施：

首先，以硝酸镧和硝酸铬为原料，按1∶1的摩尔此混合，加入去离子水配制成硝酸盐混合溶液；

其中，去离子水的加入量应适量，以控制所述硝酸盐混合溶液中金属离子浓度在0.05～0.7mol/L为宜，这是因为所述硝酸盐混合溶液中金属离子浓度直接影响成核速度和沉淀生长速度，通常情况下，金属离子浓度越低，成核速度越小，容易获得粒度较大、晶形较为完整、纯度及表面性质较高的晶形沉淀，但其收率较低，而且成核速度过小，则会导致生成的颗粒数目较小，单个颗粒的粒度就会变大，这对于微细粉体材料的制备是不利的，因此，需严格控制所述硝酸盐混合溶液中金属离子浓度以控制成核速度和沉淀生长速度。此外，在原料中加入去离子水后，形成的硝酸盐混合溶液需搅拌1～2小时至澄清透明。

然后，在搅拌下将所述硝酸盐混合溶液滴加到适量的氨水溶液中，形成悬浊液；

其中，所述氨水溶液的浓度为15wt.％，所述氨水溶液与所述硝酸盐混合溶液的体积此为2：1，而且在滴加过程需要不断往悬浊液中滴加适量的氨水溶液，以保持悬浊液pH≥10。

其次，将所述悬浊液抽滤，形成滤饼；

具体地，将所述悬浊液抽滤后剩下的沉淀物先用去离子水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次，形成滤饼。

再次，所述滤饼经干燥、煅烧后，获得铬酸镧粉末；

具体地，将所述滤饼置于干燥箱中，80～100℃干燥12～24小时，得前驱体，然后将所述前驱体研磨成粉末，置于程控高温炉中在400～500℃下煅烧1～4小时，随炉冷却至室温，获得铬酸镧粉末。

最后，将所述铬酸镧粉末置于放电等离子体烧结炉中进行烧结处理，获得纳米铬酸镧。

其中，所述烧结处理的条件为：烧结电源采用直流脉冲电源，其通断此为12∶2，烧结压力40～50Mpa，升温速率100～120℃/min，烧结温度1000～1200℃，保温时间2～10min。

下面对本发明的具体实施例进行说明：

以硝酸镧和硝酸铬为原料，按1∶1的摩尔比混合，加入适量的去离子水配制成硝酸盐混合溶液，其中所述硝酸盐混合溶液中金属离子浓度为0.5mol/L，并用磁力搅拌器将所述硝酸盐混合溶液搅拌至澄清透明；然后在搅拌下将所述硝酸盐混合溶液滴加到两倍于自身体积的15wt.％氨水溶液中，从而获得悬浊液，且在滴加过程中不断往所述悬浊液中滴加适量氨水溶液以保持所述悬浊液pH≥10；将所述悬浊液置于磁力搅拌机上，搅拌2小时，然后将所述悬浊液倒入抽滤漏斗中进行抽滤，抽滤后剩下的沉淀物先用去离子水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次，形成滤饼；取出滤饼，将所述滤饼置于干燥箱中，90℃干燥12小时，获得前驱体；将所述前驱体研磨成粉末，置于程控高温炉中，程控高温炉以5℃/min的升温速率由室温升至400℃，在400℃保温2小时，随炉冷却至室温，获得铬酸镧粉末；最后将所述铬酸镧粉末置于放电等离子体烧结炉中进行烧结处理，所述放电等离子体烧结炉采用直流脉冲电源，其通断比为12∶2，并以120℃/min的升温速率由室温升至1100℃，在1100℃、45MPa压力下保温2min，在10min内冷却至室温，即可获得纳米铬酸镧。制得的纳米铬酸镧的XRD图谱如图1所示，从图中可知，所述纳米铬酸镧由单一的纯相LaCrO3组成，无其它杂质，而且通过谢乐公式计算得，晶粒尺寸大小为20～50nm，说明制得的材料是纳米级材料。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

以硝酸镧和硝酸铬为原料，按1∶1的摩尔比混合，加入去离子水配制成硝酸盐混合溶液；

将所述硝酸盐混合溶液滴加到适量的氨水溶液中，形成悬浊液；

将所述悬浊液抽滤，形成滤饼；

所述滤饼经干燥、煅烧后，获得铬酸镧粉末；

将所述铬酸镧粉末置于放电等离子体烧结炉中进行烧结处理，获得纳米铬酸镧。

2.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐混合溶液中金属离子浓度为0.05～0.7mol/L。

3.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，所述氨水溶液的浓度为15wt.％，所述氨水溶液与所述硝酸盐混合溶液的体积比为2∶1。

4.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，在将所述硝酸盐混合溶液滴加到适量的氨水溶液中形成悬浊液的步骤中，滴加过程中保持悬浊液pH≥10。

5.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，在对所述悬浊液抽滤步骤中，包括分别用去离子水及无水乙醇洗涤多次的步骤。

6.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，所述滤饼经干燥、煅烧后，得铬酸镧粉末的步骤包括：

所述滤饼80～100℃干燥12～24小时，获得前驱体；

所述前驱体400～500℃煅烧1～4小时，获得铬酸镧粉末。

7.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的条件为：烧结电源采用直流脉冲电源，其通断比为12∶2，烧结压力40～50Mpa，升温速率100～120℃/min，烧结温度1000～1200℃，保温时间2～10min。

8.根据权利要求1所述的纳米铬酸镧的制备方法，其特征在于，所述纳米铬酸镧的晶粒尺寸大小为20～50nm。